储能飞轮磁悬浮轴承电控系统研究

摘要

飞轮储能技术是一种新型高效的能量转换与存储方法,利用高速旋转的飞轮存储机械能,通过换能装置实现电能与机械能的相互转换.相对其他储能方法,飞轮储能具有高效率、无污染、长寿命、易监控、维护简单、充放电迅速、可实现连续工作等显著的优点,具有广阔的应用前景.国内对储能飞轮研究尚处于起步阶段.为提高储能飞轮系统的使用效率、降低损耗,需要研究低损耗轴承支承技术.飞轮储能研究的日益发展,在很大程度上也是得益于轴承技术的不断改进.磁悬浮轴承由于具有高转速、无磨损、无需润滑、动态特性可调等突出优点,特别适合飞轮这种高速旋转系统,为飞轮储能装置的研究开发提供了条件.针对储能飞轮系统的具体特点,在系统动力学分析的基础上,使用MATLAB工具设计一套PID控制系统.根据控制系统的性能要求,研究制作了一套以DSP控制器为核心,采用PID控制算法的数字式主动磁悬浮轴承控制系统,包括软件与硬件系统.同时研究了磁轴承开关功率放大器的相关原理,开发新型的PWM功率放大器.实验表明开关功放线性度较好,控制器工作稳定良好,基本达到了预期目标.

目录

文摘

英文文摘

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主要符号表

第一章绪论

1.1磁悬浮储能飞轮概述

1.1.1国内外发展概况

1.1.2磁悬浮储能飞轮基本工作原理

1.1.3磁悬浮储能飞轮系统的基本结构

1.2 论文工作及内容安排

1.2.1论文工作的提出

1.2.2论文的内容安排

第二章磁悬浮轴承控制系统分析

2.1 磁悬浮轴承系统工作原理及结构特点

2.1.1磁悬浮轴承系统工作原理

2.1.2磁悬浮轴承系统结构功能

2.2 单自由度磁轴承系统分析

2.2.1磁轴承总体系统构成

2.2.2磁悬浮系统各环节分析

2.3五自由度磁悬浮储能飞轮系统的控制策略分析

2.3.1磁悬浮储能飞轮系统分析假设

2.3.2五自由度磁悬浮储能飞轮系统模型分析

2.3.3五自由度磁悬浮储能飞轮系统控制策略分析

2.4 单自由度控制器设计

2.4.1磁悬浮系统分析

2.4.2模拟PID控制器设计

2.4.3磁悬浮轴承系统数字控制器设计

本章小结

第三章开关功放研究与设计

3.1磁悬浮轴承系统功率放大器简介

3.1.1开关功率放大器工作原理

3.1.2开关功率放大器控制方法

3.2磁悬浮轴承PWM功率放大器设计

3.2.1开关频率的确定

3.2.2电流变化率

3.2.3功率器件的选择

3.2.4功放功耗

3.2.5桥式开关电路

3.2.6 MOSFET驱动电路

3.2.7电流反馈回路设计

3.3功放测试分析

本章小结

第四章磁悬浮轴承系统数字控制器软硬件设计

4.1磁悬浮轴承系统数字控制器的总体结构

4.1.1数字控制设计流程

4.1.2磁悬浮轴承控制器设计功能要求

4.2 DSP控制器TMS320LF2407A的结构与设计

4.2.1A/D转换模块

4.2.2 PWM信号调制模块

4.2.3串行通信模块

4.3主要外围电路结构设计

4.3.1外部存储器设计

4.3.2串行通讯设计

4.3.3信号滤波电路设计

4.3.4缓冲、显示等电路的CPLD设计

4.3.5电源、复位及时钟电路的设计

4.3.6电路板的可靠性设计

4.4控制器软件结构与编制调试

4.4.1软件系统总体结构设计

4.4.2定点DSP软件开发定标及抗干扰设计

4.5硬件系统调试及分析

本章小结

第五章总结与展望

致 谢

参考文献

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